Malaxage, confections d’éprouvettes et conditions de cure

Les mortiers ont été fabriqués à l’aide d’un malaxeur à mortier, conforme à la norme 196‑1. L’ordre d’introduction des différents constituants durant le malaxage est similaire à celui des bétons dans le chapitre précédent. Là encore, les fibres sont introduites en dernier dans ce processus afin d’éviter leur agglomération.

Le mortier frais a été coulé dans des éprouvettes 4 x 4 x 16 cm. Les essais physiques et mécaniques ont ensuite été menés sur ces mêmes éprouvettes, à l’échéance adéquate. Les éprouvettes ont été démoulées 24 heures après fabrication puis placées dans une chambre de conservation à 20±1 °C et > 90%HR, jusqu’à l’échéance des essais.

4.3.2 Propriétés à l’état frais

4.3.2.1 Maniabilité

La Figure 4‑15 présente les étalements des différents mortiers. Il s’agit, dans ce cas, d’étalements relatifs par rapport au diamètre initial du cône d’essai de 10 cm. Pour le mortier de référence (non fibré), noté MT, l’étalement relatif moyen est de 175±8 %. Cette valeur est très élevée du fait de l’utilisation d’un superplastifiant pour l’élaboration des mortiers. L’incorporation de 1,0 % en volume de fibres de verre dans le mortier (MFV) a pour conséquence de réduire de manière significative l’étalement du matériau, avec un étalement réduit à 92±17 %. Toutefois, malgré cette diminution importante de l’étalement, le mortier conserve tout de même une consistance fluide. En revanche, l’addition de 1,0 % en volume de fibres de lin brutes a un impact considérable sur l’écoulement du mortier (MFB) ; l’étalement après vibration n’est plus que de 14±1 %, ce qui correspond à une maniabilité quasi nulle du mortier. On note par ailleurs que le traitement au plasma atmosphérique n’a pas permis d’améliorer la maniabilité du mortier (MFP), puisque l’étalement relatif mesuré est de 13±1 %, soit une valeur quasi‑identique à MFB. Pourtant, nous avons vu dans la Figure 4‑13 que ce traitement permettait de réduire significativement l’absorption d’eau des fibres de lin, du moins à court terme (< 60 minutes), comme c’est le cas lors du test d’étalement à la table à chocs. Nous aurions donc pu nous attendre à ce que l’absorption soit fortement réduite, ce qui n’est pas le cas ici. Cela signifie donc que l’absorption d’eau des fibres ne joue pas un rôle majeur sur la rhéologie des composites. Les traitements d’enrobage au ciment/laitier (MFC) et à l’huile de lin (MFH) ont permis des améliorations notables en termes de maniabilité des mélanges. En effet, les étalements relatifs obtenus pour ces deux mortiers sont respectivement de 69±14 % et 61±13 %. Ces améliorations de maniabilité des mortiers sont dues à l’augmentation du diamètre des fibres et à l’enrobage, ce qui tend à diminuer leur surface spécifique. Comme nous l’avons vu dans le chapitre précédent, la très grande surface spécifique des fibres de lin entraîne un besoin en volume de pâte cimentaire considérable pour satisfaire des critères d’ouvrabilité corrects. Ces deux traitements permettent donc d’améliorer la consistance des composites cimentaires par l’enrobage des fibres.

Figure 4-15 : Etalements relatifs des mortiers à la table à chocs

Les mêmes tendances sont relevées avec l’essai d’écoulement au maniabilimètre (Figure 4‑16). Le mortier MT a une consistance très fluide, avec un temps d’écoulement inférieur à 2 secondes. Le mortier MFB a une ouvrabilité médiocre, avec un temps d’écoulement supérieur à 20 secondes, ce qui correspond à une consistance très ferme. Un temps d’écoulement d’environ 17 secondes a été mesuré sur le mortier MFP, ce qui est plus faible que MFB, mais reste toujours très élevé. Pour finir, les mortiers avec des fibres enrobées (MFC et MFH) ont là aussi obtenus des temps d’écoulement similaires entre eux (environ 5 secondes), ce qui traduit une amélioration notable de la maniabilité.

Figure 4-16 : Temps d’écoulement des mortiers au maniabilimètre

4.3.2.2 Air occlus

Les valeurs de l'air occlus, déterminées à partir des mesures expérimentales des masses volumiques à l’état frais, sont présentées dans la Figure 4‑17. La teneur en air du mortier de référence (MT) est égale à 1,81±0,63 %. Cette valeur d'air entraîné est relativement faible pour un mortier, les valeurs usuelles étant situées entre 3 et 6 % (Lawrence et al., 1999). Cette faible valeur est due à l’utilisation de superplastifiant qui, en améliorant la fluidité du matériau, a également augmenté sa compacité, ce qui réduit la teneur en air. L’ajout de fibres de verre ne semble pas avoir

une influence notable sur la teneur en air puisque le mortier MFV possède une teneur en air très proche du mortier MT.

On constate cependant que l'incorporation de fibres de lin dans les mortiers a pour effet d'augmenter de manière significative la teneur en air des mélanges. La teneur en air de MFB est égale à 5,95±0,81 %, ce qui est environ trois fois plus élevé que le mortier de référence (MT). Là aussi, le traitement au plasma atmosphérique ne semble pas avoir d’influence significative sur l’air occlus. En effet, le mortier MFP possède une teneur en air de 5,54±0,80 %, soit une valeur très proche de MFB. Le traitement avec des liants hydrauliques a réduit la teneur en air du composite avec une valeur de 4,92±0,54 %, ce qui traduit une augmentation de la compacité du mortier correspondant (MFC). Le mortier incorporant des fibres revêtues d'huile de lin (MFH) a la teneur en air la plus élevée, égale à 6,99±0,82 %.

Figure 4-17 : Teneur en air des mortiers

Par ailleurs, l'augmentation de l'air occlus entraîne également une diminution de la proportion théorique du ciment, constituant qui a une forte influence sur la résistance des matériaux cimentaires. Il est donc important de recalculer les proportions volumiques des constituants des mortiers en prenant en compte la teneur en air. Par exemple, comme le montre la Figure 4‑18, la proportion en volume du ciment passe de 164 L.m‑3 pour MT ou MFV à 155 L.m‑3 pour MFH, soit une diminution d'environ 5% de la dose de ciment en volume, ce qui n'est pas négligeable.

4.3.3 Propriétés à l’état durci

4.3.3.1 Porosité accessible à l’eau

Comme on peut le remarquer sur la Figure 4‑19, l’ajout de fibres de lin augmente significativement la porosité des mortiers. C’est déjà le constat qui avait été fait dans le chapitre précédent. On peut d’ailleurs bien distinguer les deux mortiers sans fibres de lin (MT et MFV), qui présentent respectivement des porosités égales à 13,8±0,3 et 14,8±0,5 %, des mortiers incorporant des fibres de lin, avec des porosités comprises entre 18,5±0,4 (MFC) et 20,8±0,2 (MFH). Il semblerait que l’augmentation de la porosité dans les mortiers soit directement liée à l’augmentation de la teneur en air puisqu’on peut observer une relation linéaire très nette entre ces deux paramètres structuraux. D’autre part, une baisse de la porosité a été notée pour le mortier incorporant les fibres enrobées au ciment/laitier (MFC) en comparaison avec MFB, d’environ 10 %. Les liants hydrauliques (ciment et laitier) ont donc permis de réduire la porosité de la structure des fibres de lin et réduire par conséquent la porosité des composites incorporant ce renfort.

Figure 4-19 : Porosité accessible à l’eau des mortiers en fonction de la teneur en air